Uusi rakettimoottorin konsepti

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratoryn (PPPL) -fyysikko on ehdottanut uuden tyyppistä rakettimoottoria, joka voi viedä ihmiskunnan Marsille ja sen ulkopuolelle.

Laite käyttäisi magneettikenttiä aiheuttamaan plasmahiukkasien ampumista ulos raketin takaosasta ja siten kuljettamaan alusta eteenpäin. Nykyiset avaruudessa jo todistetut plasmamoottorit käyttävät hiukkasten ajamiseen sähkökenttiä.

Uusi konsepti kiihdyttäisi hiukkasia käyttämällä magneettista uudelleenkytkentää, prosessia, jollainen löytyy vaikkapa auringon pinnalta, jossa magneetin kenttälinjat yhtyvät, erottuvat yhtäkkiä ja yhdistyvät sitten uudelleen tuottamaan paljon energiaa. Tällainen uudelleenkytkentä tapahtuu myös donitsin muotoisen fuusiolaitteen sisällä eli tokamakeissa.

"Olen keitellyt tätä konseptia jonkin aikaa", kertoi konseptin keksijä tutkimusfyysikko Fatima Ebrahimi. "Sain idean vuonna 2017 ajatellessani auton pakokaasujen ja PPPL:n National Spherical Torus Experimentin (NSTX) luomien suurten nopeuksien pakokaasujen hiukkasten välisiä yhtäläisyyksiä". "Toimintansa aikana tämä tokamak tuottaa magneettikuplia, eli plasmoideja jotka liikkuvat noin 20 kilometriä sekunnissa, mikä tuntui minusta paljon kuin työntövoima."

Nykyiset plasmamoottorit voivat tuottaa vain matalan ominaisimpulssin tai nopeuden. Mutta PPPL:n tietokoneilla tehdyt tietokonesimulaatiot osoittivat, että uusi plasmamoottorikonsepti voi tuottaa ajokaasuja nopeuksilla satoja kilometrejä sekunnissa eli kymmenen kertaa nopeammin kuin muut rakettimoottorit.

Suurempi nopeus jo avaruusaluksen matkan alussa voisi tuoda ulommat planeetat astronauttien ulottuville, Ebrahimi sanoo. Esimerkiksi kemiallisten rakettimoottoreiden ajoimpulssi on kovin heikko, joten aluksella kestää aikansa päästä vauhtiin.

Ebrahimin rakettimoottorikonseptin ja muiden laitteiden välillä on kolme pääeroa. Ensimmäinen se, että magneettikenttien voimakkuuden muuttaminen voi lisätä tai vähentää työntövoimaa eli sen nopeutta voidaan säätää.

Toiseksi uusi rakettimoottori tuottaa liikettä poistamalla sekä plasmapartikkeleita että magneettikuplia, jotka tunnetaan plasmoidina. Plasmoidit lisäävät tehoa ajovoimaan, eikä mikään muu rakettimoottori konsepti sisällä niitä.

Kolmanneksi, toisin kuin nykyiset konseptit, jotka perustuvat sähkökenttiin, Ebrahimin käsitteessä magneettikentät antavat moottorin sisällä olevan plasman koostua joko raskaista tai kevyistä atomeista. Tämän joustavuuden avulla tutkijat voivat räätälöidä ajovoiman tiettyä tehtävää varten.

PPPL:n tiedotteessa Ebrahimi korostaa, että hänen moottorikonseptinsa johtuu suoraan fuusioenergian tutkimuksestaan. "Tämä työ on saanut inspiraationsa aiemmasta fuusiotyöstä ja tämä on ensimmäinen kerta, kun avaruusvoimaa varten on ehdotettu plasmoideja ja uudelleenkytkentää", Ebrahimi kertoo. "Seuraava askel on prototyypin rakentaminen!"